硬盘的原理
Content
0.简介
1.基本原理
2.磁盘读写三步骤
0.简介
硬盘作为现在计算机内部最后的机械存储部件，速度相比较内存和Cache而言会慢好几个数量级。但所幸的是，硬盘的成本是远远低于内存的。因此硬盘作为永久存储器是比较合适的，所幸的是为了克服硬盘慢速带来的问题，操作系统会对硬盘的使用有一个优化，下面让我们先来看硬盘的原理。
1.基本原理
一个抽象的的硬盘结构如图1所示。
图1.一个抽象的硬盘
由图1可以看到，硬盘上磁盘进行高速旋转，磁头臂在磁盘上来回移动进行数据的读取和写入。这也是为什么我们说硬盘是一个机械部件的原因。磁盘由圆心向外被划分为多个磁道，所谓摆臂在磁道上来回移动也就是摆臂在磁道间的来回移动，除了磁道之外，为磁道、扇区、柱面这几个虚拟的概念，如图2所示。
图2.逻辑结构图
磁道:当磁盘旋转时，磁头若保持在一个位置上，则每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆形轨迹，这些圆形轨迹就叫磁道。磁道上的磁道是一组记录密度不同的同心圆，如图。磁表面存储器是在不同形状（如盘状、带状等）的载体上，涂有磁性材料层，工作时，靠载磁体高速运动，由磁头在磁层上进行读写操作，信息被记录在磁层上，这些信息的轨迹就是磁道。这些磁道用肉眼是根本看不到的，因为他们仅是盘面上以特殊方式磁化了的一些磁化区，磁盘上的信息便是沿着这样的轨道存放的。相邻磁道之间并不是紧挨着的，这是因为磁化单元相隔太近时磁性会产生相互影响，同时也为磁头的读写带来困难，通常盘片的一面有成千上万个磁道。
扇区:分区格式化磁盘时，每个盘片的每一面都会划分很多同心圆的磁道，而且还会将每个同心圆进一步的分割为多个相等的圆弧，这些圆弧就是扇区。为什么要进行扇区的划分呢？因为，读取和写入数据的时候，磁盘会以扇区为单位进行读取和写入数据，即使电脑只需要某个扇区内的几个字节的文件，也必须一次把这几个字节的数据所在的扇区中的全部512字节的数据全部读入内存，然后再进行筛选所需数据，所以为了提高电脑的运行速度，就需要对硬盘进行扇区划分。另外，每个扇区的前后两端都会有一些特定的数据，这些数据用来构成扇区之间的界限标志，磁头通过这些界限标志来识别众多的扇区。扇区是硬盘寻址的最小单位，但实际上分配空间时最小的单位是簇(Clusters)。这也就是为什么硬盘上文件的实际大小和占用空间不同的原因。
柱面:硬盘通常由一个或多个盘片构成，而且每个面都被划分为数目相等的磁道，并从外缘开始编号（即最边缘的磁道为0磁道，往里依次累加）。如此磁盘中具有相同编号的磁道会形成一个圆柱，此圆柱称为磁盘的柱面。磁盘的柱面数与一个盘面上的磁道数是相等的。由于每个盘面都有一个磁头，因此，盘面数等于总的磁头数。
① 寻道时间
所谓寻道时间，其实就是磁臂移动到指定磁道所需要的时间，这部分时间又可以分为两部分：
寻道时间=启动磁臂的时间+常数*所需移动的磁道数
其中常数和驱动器的的硬件相关，启动磁臂的时间也和驱动器的硬件相关
② 旋转延迟
旋转延迟指的是把扇区移动到磁头下面的时间。这个时间和驱动器的转数有关，我们通常所说的7200转的硬盘的转就是这个。
平均旋转延迟=1/(2*转数每秒)
比如7200转的硬盘的平均旋转延迟等于1/2*120≈4.17ms
旋转延迟只和硬件有关。
③ 传输时间
传输时间指的是从磁盘读出或将数据写入磁盘的时间。
这个时间等于：所需要读写的字节数/每秒转速*每扇区的字节数
